WebGL学習記録(7) カリング、深度テスト、立体モデル


参考[webglorg](http://wgld.org/);
原則として上記ページを見ながら学習した記録です。

## カリングとは
裏表を判断基準にそのポリゴンをレンダリングするかどうか判断すること。
WebGLではこのカリングが基本的にはfalseになっている。

カリングを有効にするには

```javascript
gl.enable(gl.CULL_FACE);
```

## 深度テストとは
三次元空間の奥行きを表現するために欠かせない要素の一つ。
プログラムの実行の順番ではなく、３D空間での奥行きを基準として描写されるようにすることで、後ろにあるものは手前のオブジェクトに隠れて描写されない、といった当たり前のことが表現できるようになる。

```javascript
gl.enable(gl.DEPTH_TEST);
```

## 立体モデルの描写

![Screen Shot 2015-10-30 at 18.48.48.png](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/54225/aed62a57-6524-cf10-9262-557762df6e45.png "Screen Shot 2015-10-30 at 18.48.48.png")
トーラスモデルという、ドーナッツ型を描写します。

##　トーラスモデルを描く関数

```javascript
function torus(row, column, irad, orad){
    var pos = new Array(), col = new Array(), idx = new Array();
    for(var i = 0; i <= row; i++){
        var r = Math.PI * 2 / row * i;
        var rr = Math.cos(r);
        var ry = Math.sin(r);
        for(var ii = 0; ii <= column; ii++){
            var tr = Math.PI * 2 / column * ii;
            var tx = (rr * irad + orad) * Math.cos(tr);
            var ty = ry * irad;
            var tz = (rr * irad + orad) * Math.sin(tr);
            pos.push(tx, ty, tz);
            var tc = hsva(360 / column * ii, 1, 1, 1);
            col.push(tc[0], tc[1], tc[2], tc[3]);
        }
    }
    for(i = 0; i < row; i++){
        for(ii = 0; ii < column; ii++){
            r = (column + 1) * i + ii;
            idx.push(r, r + column + 1, r + 1);
            idx.push(r + column + 1, r + column + 2, r + 1);
        }
    }
    return [pos, col, idx];
}
```

さらにHSVでの色指定をRGBに変換する関数も用意。

```jacasctipt
function hsva(h, s, v, a){
    if(s > 1 || v > 1 || a > 1){return;}
    var th = h % 360;
    var i = Math.floor(th / 60);
    var f = th / 60 - i;
    var m = v * (1 - s);
    var n = v * (1 - s * f);
    var k = v * (1 - s * (1 - f));
    var color = new Array();
    if(!s > 0 && !s < 0){
        color.push(v, v, v, a); 
    } else {
        var r = new Array(v, n, m, m, k, v);
        var g = new Array(k, v, v, n, m, m);
        var b = new Array(m, m, k, v, v, n);
        color.push(r[i], g[i], b[i], a);
    }
    return color;
}
```


## 全文
```javascript
// sample_008
//
// WebGLで立体的なトーラスを描画する

onload = function(){
    // canvasエレメントを取得
    var c = document.getElementById('canvas');
    c.width = 500;
    c.height = 300;
    
    // webglコンテキストを取得
    var gl = c.getContext('webgl') || c.getContext('experimental-webgl');
    
    // 頂点シェーダとフラグメントシェーダの生成
    var v_shader = create_shader('vs');
    var f_shader = create_shader('fs');
    
    // プログラムオブジェクトの生成とリンク
    var prg = create_program(v_shader, f_shader);
    
    // attributeLocationを配列に取得
    var attLocation = new Array();
    attLocation[0] = gl.getAttribLocation(prg, 'position');
    attLocation[1] = gl.getAttribLocation(prg, 'color');
    
    // attributeの要素数を配列に格納
    var attStride = new Array();
    attStride[0] = 3;
    attStride[1] = 4;
    
    // トーラスの頂点データを生成
    var torusData = torus(32, 32, 1.0, 2.0);
    var position = torusData[0];
    var color = torusData[1];
    var index = torusData[2];
    
    // VBOの生成
    var pos_vbo = create_vbo(position);
    var col_vbo = create_vbo(color);
    
    // VBO を登録する
    set_attribute([pos_vbo, col_vbo], attLocation, attStride);
    
    // IBOの生成
    var ibo = create_ibo(index);
    
    // IBOをバインドして登録する
    gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, ibo);
    
    // uniformLocationの取得
    var uniLocation = gl.getUniformLocation(prg, 'mvpMatrix');
    
    // minMatrix.js を用いた行列関連処理
    // matIVオブジェクトを生成
    var m = new matIV();
    
    // 各種行列の生成と初期化
    var mMatrix = m.identity(m.create());
    var vMatrix = m.identity(m.create());
    var pMatrix = m.identity(m.create());
    var tmpMatrix = m.identity(m.create());
    var mvpMatrix = m.identity(m.create());
    
    // ビュー×プロジェクション座標変換行列
    m.lookAt([0.0, 0.0, 20.0], [0, 0, 0], [0, 1, 0], vMatrix);
    m.perspective(45, c.width / c.height, 0.1, 100, pMatrix);
    m.multiply(pMatrix, vMatrix, tmpMatrix);
    
    // カウンタの宣言
    var count = 0;
    
    // カリングと深度テストを有効にする
    gl.enable(gl.DEPTH_TEST);
    gl.depthFunc(gl.LEQUAL);
    gl.enable(gl.CULL_FACE);
    
    // 恒常ループ
    (function(){
        // canvasを初期化
        gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
        gl.clearDepth(1.0);
        gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT);
        
        // カウンタをインクリメントする
        count++;
        
        // カウンタを元にラジアンを算出
        var rad = (count % 360) * Math.PI / 180;
        
        // モデル座標変換行列の生成
        m.identity(mMatrix);
        m.rotate(mMatrix, rad, [0, 1, 1], mMatrix);
        m.multiply(tmpMatrix, mMatrix, mvpMatrix);
        gl.uniformMatrix4fv(uniLocation, false, mvpMatrix);
        gl.drawElements(gl.TRIANGLES, index.length, gl.UNSIGNED_SHORT, 0);
        
        // コンテキストの再描画
        gl.flush();
        
        // ループのために再帰呼び出し
        setTimeout(arguments.callee, 1000 / 30);
    })();
    
    // シェーダを生成する関数
    function create_shader(id){
        // シェーダを格納する変数
        var shader;
        
        // HTMLからscriptタグへの参照を取得
        var scriptElement = document.getElementById(id);
        
        // scriptタグが存在しない場合は抜ける
        if(!scriptElement){return;}
        
        // scriptタグのtype属性をチェック
        switch(scriptElement.type){
            
            // 頂点シェーダの場合
            case 'x-shader/x-vertex':
                shader = gl.createShader(gl.VERTEX_SHADER);
                break;
                
            // フラグメントシェーダの場合
            case 'x-shader/x-fragment':
                shader = gl.createShader(gl.FRAGMENT_SHADER);
                break;
            default :
                return;
        }
        
        // 生成されたシェーダにソースを割り当てる
        gl.shaderSource(shader, scriptElement.text);
        
        // シェーダをコンパイルする
        gl.compileShader(shader);
        
        // シェーダが正しくコンパイルされたかチェック
        if(gl.getShaderParameter(shader, gl.COMPILE_STATUS)){
            
            // 成功していたらシェーダを返して終了
            return shader;
        }else{
            
            // 失敗していたらエラーログをアラートする
            alert(gl.getShaderInfoLog(shader));
        }
    }
    
    // プログラムオブジェクトを生成しシェーダをリンクする関数
    function create_program(vs, fs){
        // プログラムオブジェクトの生成
        var program = gl.createProgram();
        
        // プログラムオブジェクトにシェーダを割り当てる
        gl.attachShader(program, vs);
        gl.attachShader(program, fs);
        
        // シェーダをリンク
        gl.linkProgram(program);
        
        // シェーダのリンクが正しく行なわれたかチェック
        if(gl.getProgramParameter(program, gl.LINK_STATUS)){
        
            // 成功していたらプログラムオブジェクトを有効にする
            gl.useProgram(program);
            
            // プログラムオブジェクトを返して終了
            return program;
        }else{
            
            // 失敗していたらエラーログをアラートする
            alert(gl.getProgramInfoLog(program));
        }
    }
    
    // VBOを生成する関数
    function create_vbo(data){
        // バッファオブジェクトの生成
        var vbo = gl.createBuffer();
        
        // バッファをバインドする
        gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vbo);
        
        // バッファにデータをセット
        gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(data), gl.STATIC_DRAW);
        
        // バッファのバインドを無効化
        gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, null);
        
        // 生成した VBO を返して終了
        return vbo;
    }
    
    // VBOをバインドし登録する関数
    function set_attribute(vbo, attL, attS){
        // 引数として受け取った配列を処理する
        for(var i in vbo){
            // バッファをバインドする
            gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vbo[i]);
            
            // attributeLocationを有効にする
            gl.enableVertexAttribArray(attL[i]);
            
            // attributeLocationを通知し登録する
            gl.vertexAttribPointer(attL[i], attS[i], gl.FLOAT, false, 0, 0);
        }
    }
    
    // IBOを生成する関数
    function create_ibo(data){
        // バッファオブジェクトの生成
        var ibo = gl.createBuffer();
        
        // バッファをバインドする
        gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, ibo);
        
        // バッファにデータをセット
        gl.bufferData(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, new Int16Array(data), gl.STATIC_DRAW);
        
        // バッファのバインドを無効化
        gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, null);
        
        // 生成したIBOを返して終了
        return ibo;
    }
    
    function torus(row, column, irad, orad){
        var pos = new Array(), col = new Array(), idx = new Array();
        for(var i = 0; i <= row; i++){
            var r = Math.PI * 2 / row * i;
            var rr = Math.cos(r);
            var ry = Math.sin(r);
            for(var ii = 0; ii <= column; ii++){
                var tr = Math.PI * 2 / column * ii;
                var tx = (rr * irad + orad) * Math.cos(tr);
                var ty = ry * irad;
                var tz = (rr * irad + orad) * Math.sin(tr);
                pos.push(tx, ty, tz);
                var tc = hsva(360 / column * ii, 1, 1, 1);
                col.push(tc[0], tc[1], tc[2], tc[3]);
            }
        }
        for(i = 0; i < row; i++){
            for(ii = 0; ii < column; ii++){
                r = (column + 1) * i + ii;
                idx.push(r, r + column + 1, r + 1);
                idx.push(r + column + 1, r + column + 2, r + 1);
            }
        }
        return [pos, col, idx];
    }
    
    // HSVカラー取得用関数
    function hsva(h, s, v, a){
        if(s > 1 || v > 1 || a > 1){return;}
        var th = h % 360;
        var i = Math.floor(th / 60);
        var f = th / 60 - i;
        var m = v * (1 - s);
        var n = v * (1 - s * f);
        var k = v * (1 - s * (1 - f));
        var color = new Array();
        if(!s > 0 && !s < 0){
            color.push(v, v, v, a); 
        } else {
            var r = new Array(v, n, m, m, k, v);
            var g = new Array(k, v, v, n, m, m);
            var b = new Array(m, m, k, v, v, n);
            color.push(r[i], g[i], b[i], a);
        }
        return color;
    }
};
```